Методика расчета по выбору земной станции спутниковой связи. Затухание энергии сигнала в свободном пространстве

Методика расчета по выбору земной станции спутниковой связи.

ЭИИМ (E_з) станции определяется по формуле:

E_з(дБВт)=10lg(kDf)+L_{o з-с}(дБ)+L_{доп з-с}(дБ)+p(дБ)+a(дБ) -Q_б(дБ/К)-h_прб(дБ).

Добротность станции на прием (Q_з) вычисляется по формуле:

Q_з(дБ/К)=10lg(kDf)+L_{o с-з}(дБ)+L_{доп с-з}(дБ)+p(дБ)+b(дБ)–E_б(дБВт)–h_прз(дБ),где

k = 1.38 10^-23 Вт/Гц× град (постоянная Больцмана);

Df – полоса частот (Гц), занимаемая одним каналом, и вычисляется по формуле:

Df =1.4 R/K log₂ M, где

R – скорость передачи информации (бит/с);

K – коэффициент изменения скорости;

M – число позиций манипуляции (для BPSK – М=2, для QPSK – М=4, для 8PSK – М=8);

L_o – затухание энергии сигнала в свободном пространстве, определяется по формуле:

L_o =16p²d²/l², где

d – наклонная дальность (м) до спутника/ретранслятора (на границе зоны обслуживания обычно составляет около 40100 км);

l – длина волны (м);

L_доп – дополнительные потери (поглощение в атмосфере, потери за счет вращения плоскости поляризации, потери за счет рефракции, потери за счет деполяризации и т.д.), обычно не превышают 1,5 дБ на линии спутник – Земля  и 3 дБ на линии Земля – спутник;

p – отношение сигнал/шум на входе приемника, обеспечивающее заданную вероятность ошибки;

a, b – коэффициенты запаса, которые позволяют распределить заданное отношение сигнал/шум (p) по двум участкам линии связи и связанны между собой следующими выражениями:

a=b/(b-1), b=a/(a-1)

Q_б – добротность спутника/ретранслятора на прием (дБ/К);

E_б – ЭИИМ спутника/ретранслятора (дБВт);

h_прз, h_прб – потери в приемном тракте станции спутника/ретранслятора (обычно не превышают 0,22 дБ).

8.2.4 Например, задавшись превышением отношения сигнал/шум на участке спутник – Земля, равным 1 дБ (b = 1,26), найдем, что необходимое превышение на участке Земля – спутник должно составлять 7 дБ (a » 5). Эти коэффициенты примем при расчете.

8.2.5 Для расчета используем следующие исходные данные:

скорость передачи информации – 64 кбит/с;

метод модуляции – 8PSK;

метод коррекции ошибок – по методу Рида-Соломона (коэффициент изменения скорости К=7/8);

отношение сигнал/шум при вероятности ошибки 10^-8 – 8,7 дБ;

частоты на прием/передачу – 6/4 ГГц (диапазон С);

спутник/ретранслятор – «Экспресс-6А».

8.2.6 Рассчитаем полосу частот, занимаемую одним каналом:

Df =1.4 •64000/(7/8)log₂ 8 » 34133(Гц).

8.2.7 Определим долю частотного ресурса (A_f), занимаемую одним каналом, в процентном отношении ко всей ширине полосы ствола, которая составляет 36 МГц:

A_f=0,034133/36 » 0,094 %

8.2.8 Так как спутник/ретранслятор имеет ограниченные энергетические ресурсы, доля энергетического ресурса на канал (Aэ) не должна превышать его доли частотного ресурса. Поэтому ЭИИМ на один канал должна составлять 0,094 % от общей ЭИИМ ствола, это на 30,2 дБ ниже ЭИИМ ствола. В противном случае, увеличивается плата за аренду частотного ресурса спутника/ретранслятора. Для спутника/ретранслятора «Экспресс-6А» ЭИИМ составляет 34 дБВт, а добротность на прием – -2 дБ/К (на границе зоны обслуживания территории РФ). На основании выше сказанного, ЭИИМ на один канал составляет

E_{б(1 к)} = E_б –30,2 =34 – 30,2= 3,8 (дБВт).

8.2.9 Определим затухание энергии сигнала в свободном пространстве на частоте приема  4 ГГц (l=0,075 м) и передачи – 6 ГГц (l=0,05 м):

L_{o з-с}(6 ГГц)= 10lg(16p²(40100000)²/(0,05)²)= 200,1 (дБ),

L_{o с-з}(4 ГГц)= 10lg(16p²(40100000)²/(0,075)²)= 196,5 (дБ).

8.2.10 Рассчитаем необходимую ЭИИМ станции спутниковой связи:

E_з=10lg(1,38×10^-23×34133)+200,1+3+8,7+7+2+0,22 » 37,75 (дБВт).

8.2.11 Рассчитаем необходимую добротность станции на прием:

Q_з=10lg(1,38 10^-23 34133)+196,5+1,5+8,7+1-3,8+0,22 » 20,85 (дБ/К).

8.2.12 В таблице 7.5 представлены результаты расчета для разных скоростей передачи информации и методов помехоустойчивого кодирования по вышеизложенной методике.

Таблица 7.5